DE3632098A1

DE3632098A1 - Aussensichtsystem fuer ausbildungsgeraete

Info

Publication number: DE3632098A1
Application number: DE19863632098
Authority: DE
Inventors: Peter Gueldenpfennig; Wolfgang Metze
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1986-09-20
Filing date: 1986-09-20
Publication date: 1988-04-07
Also published as: IT1222669B; GB8721818D0; GB2195861A; FR2604273A1; IT8721926A0; DE3632098C2; GB2195861B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Gene rierung von Sichtinformationen für ein digitales Außen sichtsystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Digitale Außensichtsysteme, wie sie in der Vergangen heit für Flugsimulatoren bzw. Ausbildungssysteme für Panzerturmbesatzungen bei nachgeahmter Eigenbewegung zum Einsatz gekommen sind, haben den Nachteil, daß die Echtzeit-Dynamik in allen sechs Freiheitsgraden mit ei nem großen Hardware-Aufwand erkauft werden muß. Zusätz lich bedeutet die Echtzeitgenerierung der Szenen, daß selbst bei Einsatz von Zelltexturierung, Abstriche be züglich der Naturtreue des Szenengehalts gemacht werden müssen.

Durch DE-AS 21 28 961 ist eine Einrichtung zum Üben des Schießens mit Lenkwaffen bekannt geworden, bei der der Zielverfolgungsvorgang mit einem realistisch ausgebil deten Visiergerät geübt werden kann und eine naturge treue Landschaftsdarstellung erfolgt.

Durch die DE-AS 26 58 501 zählt ein weiteres Verfahren zur Simulation eines beweglichen Zieles zum Stand der Technik, bei dem das Bild des beweglichen Zieles elek tronisch dem aufgenommenen Umweltbild überlagert wird. Auch hier gilt das oben gesagte.

Beim Visierbildgenerator wird ein hoher Detailreichtum der dargestellten Szenen erreicht, jedoch ist der Au genpunkt bezüglich der Position des Auszubildenden fest. Das heißt, das System erlaubt in Echtheit ledig lich die Dynamik zweier Freiheitsgrade (Elevation und Azimut). Bei diesem Außensichtsystem wird ein wesentli cher Anteil der Datenverarbeitungsprozesse off-line durchgeführt, d.h. Umwelt und sich bewegende Modelle sind digital gespeichert und werden je nach Azimut und Elevation aufgerufen und zur Darstellung gebracht. Die gespeicherte Umwelt und die Modellaspekte haben zweidi mensionalen Charakter.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, durch das Teilfunktionen des digitalen Außensichtsy stems aus der Echtzeit in den off-line-Bereich transpo niert werden und die bisher erforderliche Hardware für die Bildgeneratoren verringert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgezeigten Maßnahmen gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteil hafte Ausgestaltungen angegeben und in der nachfolgen den Beschreibung sind Ausführungsbeispiele erläutert, die durch die Figuren der Zeichnung grafisch skizziert sind. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausührungsbeispiels des vorgeschlagenen digitalen Außensichtsystems;

Fig. 2 ein Blockschaltbild des Datenbasisgeneriersy stems DBGS und des digitalen Außensichtsystems gemäß Fig. 1;

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Visierbildgenerators VBG mit Darstellung der Rundum-Horizontaus schnitte;

Fig. 4a ein Blockschaltbild über die Speicherung und Abrufung der Rundum-Informationen im Sekun den-Intervall.

Fig. 4b eine Skizze über eine Rundumhorizont-Darstel lung.

Beispielsweise bei Ausbildungsanlagen für Panzerturmbe satzungen wird davon ausgegangen, daß die Eigenbewegung des zu simulierenden Fahrzeuges vorprogrammiert ist. Das heißt, man kann das Gelände, in dem sich der Augen punkt bewegt, samt der darzustellenden fremden Fahrzeu ge einschließlich der definierten Ereignisse off-line mittels eines Datenbasisgeneriersystems und eines kon ventionellen digitalen Außensichtsystems abhandeln und anschließend speichern. Das heißt: Im vorliegenden Ver fahrensbeispiel wird eine Kombination von einem konven tionellen digitalen Außensichtsystem und einem Visier bildgenerator vorgeschlagen.

Ziel des Vorschlages ist es, in Zukunft Teilfunktionen des digitalen Außensichtsystems aus der Echtzeit in dem Off-line-Bereich zu transponieren und die erforderliche Hardware für die Bildgeneratoren bei Ausbildungssyste men zu verringern. Dabei sollen die bei konventionellen digitalen Außensichtsystemen in Frame II vorgenommenen Echtzeitberechnungen in Zukunft zumindest bei Ausbil dungssystemen mit vorprogrammierter Eigenbewegung off-line durchgeführt werden. Zwei Freiheitsgrade müs sen jedoch bei der Bildgenerierung für Ausbildungssy steme für Panzerturmbesatzungen in Echtheit berücksich tigt werden. Es handelt sich dabei um Azimut (±180°) und Elevation (z.B. 20°+110°). Das heißt also, daß Richtschütze und Kommandant ihre Visiere jederzeit wäh rend des Ablaufes der vorprogrammierten Eigenbewegung beliebig im Ausbildungssystem in diesen beiden Frei heitsgraden bewegen können.

Das bedeutet, daß die bei herkömmlichen digitalen Außensichtsystemen mit völlig frei beweglichem Augen punkt vorgenommene Projektion der im Sichtbereich lie genden dreidimensionalen Datenbasis einschließlich der zu zeigenden Ziele in eine zweidimensionale Sichtebene off-line vorgenommen und gespeichert wird. Diese zwei dimensionale Sichtinformation in digitaler Form muß nun zu jedem Zeitpunkt in Echtheit, d.h. in realer Form aufgerufen werden können. Zu jedem aktuellen Zeitpunkt muß also die Rundum-Horizont-Information einschließlich der gezeigten Ziele zur Verfügung stehen. Dies hat zur Folge, daß entlang der vorprogrammierten Trajektoren nicht nur Gelände und Ereignisse mit einem einzigen Blickwinkel gespeichert werden müssen, sondern zusätz lich auch noch die Rundum-Sicht bzw. die Veränderung des Blickwinkels in Elevation möglich sein muß.

Der Einwand ist berechtigt, daß ein solches Verfahren großen Speicheraufwand erfordert. Allerdings ist zu be rücksichtigen, daß große digitale Speicherkapazität zur Zeit wesentlich preiswerter angeboten wird als bisher.

Im Visierbildgenerator müssen für die Rundum-Sicht bei einem Vergrößerungsfaktor von z.B. 12-fach und einem scheinbaren Blickwinkel von 60° 72 Frames, d.h. einzel ne Rund-Horizont-Ausschnitte mit einem Blickwinkel von 5° zur Verfügung stehen. Nun kann bei der Anwendung für Panzersimulation der Elevationswinkelbereich für die Visiere auf 20° begrenzt werden. Dies hat zur Folge, daß ca. 300 Horizont-Ausschnitte die Rundumsicht bei diesem begrenzten Elevationswinkel-Bereich gespeichert auf Abruf zur Verfügung stehen, die Bilder werden 25 mal pro Sekunde aufgerufen, da die Bildwiederholrate 25 Hertz beträgt; d.h., daß pro Sekunde simulierter Bewe gung ca. 7500 Bilder gespeichert werden müssen.

Nun ist bekannt, daß Fernsehbilder hoher Qualität mit 256 KByte abgelegt werden können. Durch entsprechende Codiermaßnahmen kann ein Bild mit 25 KByte gespeichert werden. Für eine Sekunde Simulation in dem vorgeschla genen Ausbildungssystem für Panzerturmbesatzungen müssten die Sichtinhalte demnach mit einer Speicherka pazität von 187.5 Mega-Byte abgelegt werden können.

Im Augenblick sind Speichermedien mit hoher Kapazität von z.B. 1 GByte verfügbar (z.B. Gigadise der Firma Thomson). Bei dem oben angeführten Vorgehen weden Sicht information daher lediglich für 5,5 Sekunden Simulation zur Verfügung stehen.

Diese Platte speichert Information optisch-digital im Gegensatz zur Videodisk, die die Ablage optisch-analo ger Information ermöglicht. Die Giga-Platte der Firma Thomson ist bezüglich der Speicherkapazität auch der Magnetplatte, mit der digitale Informationen gespei chert werden können, überlegen.

Nun ist z.B. vorgesehen, die Speicherung einer Rundum- Information, lediglich alle Sekunde entlang der vorpro grammierten Trajektoren bei der Simulation der Eigenbe wegung durchzuführen. Dies würde z.B. mit einer Giga- Byte-Platte die Simulationszeit von 5,5 Sekunden auf 2 Minuten erhöhen. Der Einsatz mehrerer Platten mit ent sprechender Abtastvorrichtung kann ohne weiteres die Simulationszeit auf 10 Minuten, wie für die meisten Ausbildungssysteme für Panzerturmbesatzungen gefordert, erhöhen.

Innerhalb dieses Intervalls von 1 Sekunde können nun auch Bildmanipulationen vorgenommen werden, die einen Bewegungseindruck vermitteln. Dabei wird berücksich tigt, daß bei Panzersimulatoren die Eigengeschwindig keit nicht sonderlich hoch ist, so daß durch Manipula tion der Eindruck der Eigenbewegung vermittelt werden kann, ohne daß notwendigerweise auftretende Bildfehler und Unstetigkeiten störend in Erscheinung treten. So ist es z.B. möglich, Maßstabsänderungen durchzuführen. Durch eine zunehmende Vergrößerung des Bildinhaltes wird eine Bewegung in Blickrichtung simuliert. Die Perspektive bleibt hierbei konstant, während sie sich bei einer echten Bewegung ständig ändern müßte. Dies fällt jedoch nicht störend auf, da nur geringe Perspek tivfehler entstehen. Der tatsächliche Blickwinkel durch die simulierte Optik ist verhältnismäßig klein.

Eine Szene mit ausgeprägter Staffelung in Vorder- und Hintergrund kann in mehrere entfernungsabhängige Kulis sen aufgeteilt werden, die unabhängig voneinander be handelt werden können. Dadurch kann sichergestellt wer den, daß das perspektivische Verhältnis zwischen Vor der- und Hintergrund während des Bewegungsablaufes be wahrt bleibt. Die Markierung für die entfernungsabhän gigen Kulissen sind normalerweise beim Visierbildgene rator vorhanden und zur korrekten Verdeckungsberechnung der darzustellenden Objekte auch erforderlich, so daß lediglich dafür gesorgt werden muß, daß die Bildinhalte kontinuierlich gegeneinander verschoben werden können, ohne daß störende Effekte auftreten.

Eine weitere Möglichkeit, die Intervalle zwischen zwei definierten Rund-Horizonten zu überbrücken, ist die Technologie der Überblendung, d.h. es können die beiden Bildinhalte zu Beginn und zum Ende eines Intervalls al so zweier aufeinander folgenden Positionen weich über geblendet werden.

Bei dem vorstehend aufgeführten Verfahren wird die Da tenverarbeitung für Ziele und Umgebung getrennt durch geführt. Die Ziele müssen aktuell berechnet werden, während die Umgebung in Intervallen von 1 Sekunde neu definiert wird.

Der Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens liegt ein deutig darin, daß wesentliche Teile der Bildberechnung off-line durchgeführt werden und Hardware-Aufwand für die On-line-Generierung wesentlich minimiert wird.

Im Gegensatz zur Bildplatten-Technik sind keine tat sächlichen Fotografien erforderlich, sondern die Ge lände- und Ereignisdarstellung erfolgt mittels bekann ter CGI Technologie. Das hat den Vorteil, daß bei der Off-line-Generierung des Geländes bzw. der Ereignisse und Ziele digitale Bildmanipulationen möglich sind. Zur Steigerung des Szenenrealismus sollten natürlich digi tale Außensicht-Systeme mit Zelltexturierung für die Bildgenerierung zum Einsatz kommen. Die Zeichnungen er gänzen vorstehende Erläuterungen und Offenbarung, so daß im einzelnen nicht mehr auf sie eingegangen werden muß.

Claims

1. Verfahren zur Generierung von Sichtinformationen für ein digitales Außensichtsystem für Ausbildungsge räte mit vorprogrammierten beweglichen Augenpunkten in einem Visierbildgenerator, dadurch gekenn zeichnet, daß die bekannten Technologien digi taler Außensichtsysteme und Visierbildgeneratoren so miteinander kombiniert werden, daß

a) die Projektion dreidimensionaler gespeicherter Um gebungsinformationen in eine zweidimensionale Sichtebene im Off-Line-Teil erfolgt,
b) die Datenbasis durch das digitale Außensichtsystem erzeugt wird,
c) die Dynamik der zwei Freiheitsgrade Azimut und Elevation beibehalten wird,
d) die Geländeinformation in längeren (z.B. Sekunden) Intervallen speicherbar ist und
e) Bildmanipulationen wie Maßstabsänderungen, transla torische und rotatorische Verschiebungen, Überblen dungen etc. während der Sekunden-Intervalle durch geführt sowie eine Bildgenerierung von Umwelt und Zielen getrennt berechenbar sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das vom Augenpunkt er faßte und durchquerte Gelände einschließlich der darzu stellenden Fahrzeuge und der definierten Situationen off-line mittels eines Datenbasisgeneriersystems und des konventionellen digitalen Außensichtsystems gene riert und im Visierbildgenerator gespeichert werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß die zweidi mensionale Sichtinformation zu jedem Zeitpunkt in Echt zeit abrufbar zur Verfügung steht.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß im Visierbildgenera tor Rundum-Horizont-Ausschnitte mit einem Blickwinkel von z.B. 5°-20° zur Verfügung stehen.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Speicherung von Rundum-Informationen im Intervall von 1 sec entlang der vorprogrammierten Trajektoren bei der Simulation der Eigenbewegung erfolgt.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß als Speicherplatte eine Bild-Platte oder ähnliche Mas senspeicher verwendet werden und hiervon mehrere Plat ten mit entsprechender Abtastvorrichtung angeordnet sind.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Szene mit ausgeprägter Staffelung von Vorder- und Hintergrund in mehrere entfernungsabhängige Kulissen im Visierbildgenerator aufteilbar ist, welche voneinander unabhängig behandelbar sind.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Intervalle zwischen zwei definierten Rund-Horizon ten durch Überblendungstechnik überbrückbar sind.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenverarbeitung für Ziele und Umgebung getrennt durchgeführt wird.